Eng

Газовый тракт на основе активного сверхзвукового диффузора для стенда химического кислород-йодного лазера КИЛ-10

Целью выполнения НИР было проектирование активного сверхзвукового диффузора для существующего химического кислород-йодного лазера. Необходимо было выбрать конструктивные решения основных узлов активного диффузора, оценить его характеристики и габариты.

Сверхзвуковые диффузоры (СД) – устройства, предназначенные для торможения сверхзвукового потока. Из-за роста температуры газа растет давление за СД, так как меняется нагрузочная характеристика эжектора, а это ведет к тому, что первые косые ударные волны могут смещаться в зону резонатора. Их плоскость также расположена вдоль оси резонатора и они, естественно, ухудшают оптическое качество потока. Для борьбы с этими негативными эффектами был разработан активный диффузор. Одной из главных задач устройства является организация отсоса и стабилизация пограничного слоя на стенках в лазерной камере.

Тактико-технические характеристики

Поперечное сечение внутренней полости канала на входе в пассивную часть, мм

121, 4х640

Угол раскрытия внутреннего канала, 0С

5

Поперечное сечение внутренней полости канала на входе из пассивной части, мм

138, 8х634

Входной полуугол пассивной части (пилоны и боковые стенки), 0С

10

Ширина образованных внутренних каналов:

- крайние, мм

- остальные, мм

94

89

Степень поджатия пассивной части активного диффузора:

- без горизонтального пилона

- с горизонтальным пилоном

1,15

1,18

Габариты ШхВхД, мм

718х379х259

Масса, кг

41,3

Описание

Выбор конструктивных решений для основных узлов активного диффузора был основан на предыдущем успешном опыте реализации активных диффузоров (для химического кислород-йодного лазера с расходами 0,1 кг/с и 0,2 кг/с) и численных параметрических исследованиях влияния внутренней геометрии канала активного диффузора на его характеристики.

Выбирались:

  • схема разбиения пассивной части канала (количество пилонов) на отдельные с меньшим характерным размером – калибром;
  • способ подачи активного газа;
  • конструкция соплового блока активного диффузора;
  • схема поджатия камеры смешения активного диффузора.

С точки зрения технологии было предложено два варианта: сварная конструкция и обычная конструкция.

Активный диффузор имеет две части: пассивную и активную. Первая представляет собой короткий пассивный сверхзвуковой диффузор, разделенный пилонами, а вторая – сверхзвуковой эжектор, в котором в качестве активного газа используется холодный воздух. Подача эжектирующего газа происходит по периферии канала через специальный многосопловой блок.

В ходе выполнения НИР были определены следующие моменты:

  • активный диффузор состоит из пассивной части с пилонами, соплового блока и камеры смешения, в которой организовано поджатие канала;
  • пассивная часть активного диффузора делится пятью пилонами на шесть каналов с сечением: 84х121мм – четыре центральных канала и 94х121 мм – два крайних канала;
  • пилоны являются активными, через них выдувается высоконапорный газ в камеру смешения через малоразмерные осесимметричные сопла, которые аналогичны соплам в сопловом блоке;
  • камера смешения делится на два канала одним большим центральным пилоном, на которые крепятся клинья для организации поджатия в этих двух каналах;
  • центральный пилон в пассивной части активного диффузора делается двойным, т.е. имеет два ряда продувочных сопел так, чтобы организовать продувку высоконапорным газом с обеих сторон большого пилона в камеру смешения;
  • сопловой блок активного диффузора выполняется в виде отдельного фланца, при этом малоразмерные сопла расположены так, чтобы продувка осуществлялась вдоль всех четырех стенок канала и, таким образом, реализовывалась периферийная схема подачи активного газа;
  • разработаны трехмерные модели конструкции активного диффузора для геометрии рабочего канала;
  • по результатам модельных трехмерных параметрических исследований обоснован выбор основной геометрии внутреннего канала активного диффузора.